钢结构设计标准 GB 50017-2017

1 总则

1.0.1 为在钢结构设计中贯彻执行国家的技术经济政策，做到安全适用、确保质量、技术先进、经济合理、节能环保，制定本标准。

1.0.2 本标准适用于建筑工程的钢结构设计。本标准不适用于直接承受疲劳载荷的结构设计。

1.0.3 钢结构的设计应满足承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求。

1.0.4 钢结构的设计除应符合本标准的规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

2 术语和符号

2.1 术语

2.1.1 钢结构 steel structure 以钢材为主制作的结构。

2.1.2 钢构件 steel member 钢结构的组成部分，包括柱、梁、桁架、支撑等。

2.1.3 连接 connection 钢构件之间或钢构件与基础之间的结合方式。

2.1.4 焊缝 weld 通过加热或加压使钢材连接成整体的方法。

2.1.5 螺栓连接 bolt connection 通过螺栓紧固使钢材连接成整体的方法。

2.1.6 稳定 stability 结构或构件保持原有平衡状态的能力。

2.1.7 整体稳定 overall stability 结构或构件在荷载作用下保持整体稳定的能力。

2.1.8 局部稳定 local stability 结构或构件的局部在荷载作用下保持稳定的能力。

2.1.9 长细比 slenderness ratio 构件的计算长度与截面回转半径的比值。

2.1.10 宽厚比 breadth-thickness ratio 板件宽度与厚度的比值。

2.2 符号

• f——钢材抗拉、抗压和抗弯强度设计值
• f_v——钢材抗剪强度设计值
• f_c——钢材端面承压强度设计值
• f_y——钢材屈服强度标准值
• f_u——钢材抗拉强度标准值
• E——钢材弹性模量
• G——钢材剪切模量
• α——线膨胀系数
• ν——泊松比
• W——截面抵抗矩
• I——截面惯性矩
• A——截面面积
• N——轴向力设计值
• M——弯矩设计值
• V——剪力设计值
• φ——轴心受压构件的稳定系数
• φ_b——梁的整体稳定性系数

3 基本设计规定

3.1 设计原则

3.1.1 钢结构应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。

3.1.2 按承载能力极限状态设计时，应考虑下列荷载组合：

• 基本组合：永久荷载与可变荷载的组合；
• 偶然组合：永久荷载、可变荷载与一个偶然荷载的组合。

3.1.3 按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求采用荷载效应的标准组合或准永久组合。

3.1.4 钢结构的设计工作年限应与该建筑物的设计工作年限一致。普通钢结构的设计工作年限为50年。

3.1.5 钢结构的安全等级应根据结构破坏后果的严重程度划分为一级、二级、三级。

3.1.6 钢结构的设计表达式应符合下列规定：

承载能力极限状态：

γ₀S≤R

正常使用极限状态：

S≤C

3.1.7 结构重要性系数γ₀应根据安全等级按下列规定采用：

• 安全等级为一级的结构构件：γ₀=1.1
• 安全等级为二级的结构构件：γ₀=1.0
• 安全等级为三级的结构构件：γ₀=0.9

3.2 钢材性能

3.2.1 建筑钢结构宜采用Q235、Q345、Q390、Q420、Q460牌号的钢材。

3.2.2 钢材的强度设计值应按表3.2.2采用。

钢材牌号	厚度或直径(mm)	抗拉、抗压和抗弯f(N/mm²)	抗剪fv(N/mm²)	端面承压fc(N/mm²)
Q235	≤16	215	125	325
Q235	>16~≤40	205	120	325
Q235	>40~≤60	200	115	325
Q345	≤16	310	180	400
Q345	>16~≤35	295	170	400
Q345	>35~≤50	265	155	400
Q390	≤16	350	205	415
Q390	>16~≤35	335	190	415
Q390	>35~≤50	315	180	415
Q420	≤16	380	220	435
Q420	>16~≤35	360	210	435
Q420	>35~≤50	340	195	435
Q460	≤16	410	235	450
Q460	>16~≤35	390	225	450
Q460	>35~≤50	355	205	450

3.2.3 钢材的物理性能指标应按下列规定采用：

• 弹性模量E=206000N/mm²
• 剪切模量G=79000N/mm²
• 线膨胀系数α=1.2×10⁻⁵/℃
• 泊松比ν=0.3
• 密度ρ=7850kg/m³

3.2.4 钢材的强度设计值应根据下列因素进行调整：

• 截面厚度
• 钢材等级
• 结构工作温度

3.3 荷载和荷载效应

3.3.1 钢结构上的荷载应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定确定。

3.3.2 荷载效应的计算应考虑下列情况：

• 一阶弹性分析
• 二阶弹性分析
• 塑性分析

3.3.3 对于框架结构，当同一楼层柱的高度相等且所有柱的v>0.1√(N/B)时，应考虑二阶效应的影响。

3.3.4 框架结构的二阶效应系数v应按下式计算：

v=(ΣN·Δu)/(H·h)

3.3.5 钢结构的设计应考虑荷载的最不利组合。

4 受弯构件

4.1 强度计算

4.1.1 在主平面内受弯的实腹式构件，其抗弯强度应按下列公式计算：

M_x/(γ_xW_nx)+M_y/(γ_yW_ny)≤f

式中：M_x、M_y为同一截面处对x轴和y轴的弯矩设计值；W_nx、W_ny为对x轴和y轴的净截面抵抗矩；γ_x、γ_y为截面塑性发展系数；f为钢材的抗弯强度设计值。

4.1.2 在主平面内受弯的实腹式构件，其抗剪强度应按下列公式计算：

τ=V/(I·t_w)≤f_v

4.1.3 组合梁的腹板计算高度边缘处，同时承受较大的正应力、剪应力和局部压应力时，应按下式计算折算应力：

√(σ²+3τ²)≤βf

4.1.4 截面塑性发展系数γ_x、γ_y应按下列规定采用：

• 承受静力荷载的构件：γ_x=1.05，γ_y=1.05
• 承受动力荷载的构件：γ_x=1.0，γ_y=1.0

4.2 整体稳定计算

4.2.1 符合下列情况之一时，可不计算梁的整体稳定性：

• 有铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固连接，能阻止梁受压翼缘的侧向位移时；
• H型钢或等截面工字形截面简支梁受压翼缘的自由长度与其宽度之比不超过表4.2.1规定的数值时。

钢材牌号	跨中无侧向支撑点的梁	跨中有侧向支撑点的梁
Q235	13.0	16.0
Q345	10.5	13.0
Q390	9.5	12.0
Q420	9.0	11.0
Q460	8.5	10.5

4.2.2 除4.2.1所述情况外，应按下式计算梁的整体稳定性：

M_x/(φ_bW_x)≤f

式中：φ_b为梁的整体稳定性系数；W_x为按受压纤维确定的梁毛截面抵抗矩。

4.2.3 梁的整体稳定性系数φ_b应按本标准附录E的规定计算。

4.2.4 当计算的φ_b大于0.6时，应按下式计算弹塑性整体稳定性：

M_x/(φ_bW_x)≤f

其中φ_b应乘以折减系数β_b。

4.3 局部稳定计算

4.3.1 H型钢或等截面工字形截面梁受压翼缘的宽厚比应符合下列要求：

当承受静力荷载或间接承受动力荷载时：

b/t≤15√(235/f_y)

当直接承受动力荷载时：

b/t≤13√(235/f_y)

4.3.2 组合梁腹板的高厚比应符合下列要求：

抗剪计算	仅配置横向加劲肋	配置横向加劲肋和纵向加劲肋
h0/tw≤80√(235/fy)	h0/tw≤170√(235/fy)	由计算确定

4.3.3 梁的局部稳定应通过设置加劲肋来保证。

4.3.4 加劲肋的设置应符合下列规定：

• 横向加劲肋的间距应为(0.5～2.0)h₀
• 纵向加劲肋的位置应由计算确定
• 短加劲肋的间距不应小于0.75h₀

5 轴心受力构件

5.1 强度计算

5.1.1 轴心受拉构件的强度应按下式计算：

N/A_n≤f

5.1.2 轴心受压构件的强度应按下式计算：

N/A_n≤f

5.1.3 构件的净截面面积A_n应扣除孔洞等削弱部分。

5.1.4 摩擦型高强度螺栓连接处的强度计算应考虑孔壁承压和螺栓杆受剪。

5.2 整体稳定计算

5.2.1 轴心受压构件的整体稳定应按下式计算：

N/(φA)≤f

式中：φ为轴心受压构件的稳定系数；A为构件的毛截面面积。

5.2.2 轴心受压构件的长细比应不超过表5.2.2规定的限值。

构件类别	容许长细比
主要构件	150
支撑	200
柱间支撑	150
其他次要构件	220

5.2.3 轴心受压构件的稳定系数φ应根据构件的长细比和钢材牌号按本标准附录D采用。

5.2.4 构件的长细比λ应按下式计算：

λ=l₀/i

式中：l₀为构件的计算长度；i为截面回转半径。

5.2.5 构件的计算长度l₀应根据端部约束条件确定。

5.3 局部稳定计算

5.3.1 轴心受压构件的翼缘板宽厚比应符合下列要求：

b/t≤(10+0.1λ)√(235/f_y)

5.3.2 轴心受压构件的腹板高厚比应符合下列要求：

h₀/t_w≤(25+0.5λ)√(235/f_y)

5.3.3 当腹板的高厚比不满足要求时，应设置纵向加劲肋或采用有效截面计算。

6 拉弯和压弯构件

6.1 强度计算

6.1.1 压弯构件的强度应按下式计算：

N/A_n±M/(γW_n)≤f

6.1.2 当压弯构件受压翼缘的宽厚比等级为S1、S2、S3时，应考虑截面塑性发展。

6.1.3 拉弯构件的强度应按下式计算：

N/A_n±M/(γW_n)≤f

6.2 整体稳定计算

6.2.1 弯矩作用在两个主平面内的压弯构件，其整体稳定应按下式计算：

N/(φ_xA)+β_mxM_x/(W_x(1-0.8N/N_Ex))+β_tyM_y/(φ_byW_y)≤f

6.2.2 弯矩绕强轴作用的压弯构件，其整体稳定应按下列公式计算：

• 弯矩作用平面内：N/(φ_xA)+β_mxM_x/[W_x(1-0.8N/N_Ex)]≤f
• 弯矩作用平面外：N/(φ_yA)+β_txM_x/(φ_bW_x)≤f

6.2.3 压弯构件的容许长细比应不超过150。

6.3 局部稳定计算

6.3.1 压弯构件的翼缘板宽厚比应符合本标准第5.3.1条的规定。

6.3.2 压弯构件的腹板高厚比应根据应力情况按本标准第5.3.2条及相关规定计算确定。

6.3.3 压弯构件的宽厚比等级应按下列规定划分：

• S1级：翼缘宽厚比限值为13√(235/f_y)
• S2级：翼缘宽厚比限值为15√(235/f_y)
• S3级：翼缘宽厚比限值为18√(235/f_y)

7 连接计算

7.1 焊缝连接

7.1.1 对接焊缝的强度应按下列公式计算：

• 抗拉：N/(l_wt)≤f_t^w或f_c^w
• 抗剪：V/(l_wt)≤f_v^w

7.1.2 角焊缝的强度应按下列公式计算：

• 正面角焊缝：N/(A_ew)≤β_ff_f^w
• 侧面角焊缝：N/(A_ew)≤f_f^w

7.1.3 角焊缝的最小焊脚尺寸应符合下列规定：

母材厚度(mm)	角焊缝最小焊脚尺寸(mm)
≤6	3
>6~≤10	4
>10~≤16	5
>16~≤20	6
>20	8

7.1.4 焊缝的计算长度应符合下列规定：

• 角焊缝的计算长度不应小于8hf和40mm
• 侧面角焊缝的计算长度不宜大于60hf

7.2 螺栓连接

7.2.1 普通螺栓的强度应按下列公式计算：

• 抗拉：N^b/A_e≤0.8f^b
• 抗剪：N^b/(n·A_e)≤f^b_v
• 承压：N^b/d·Σt≤f^b_c

7.2.2 高强度螺栓的强度应按下列公式计算：

• 抗拉：高强度螺栓的预拉力P与螺母承载力之和
• 抗剪：N_v^bt≤0.9n_fμP
• 承压：N_c^bt≤d·Σt·f^bt_c

7.2.3 螺栓的间距应符合下列规定：

• 顺内力方向：螺栓中心间距不应小于2d₀
• 垂直内力方向：螺栓中心间距不应小于3d₀
• 螺栓到构件边缘的距离不应小于1.5d₀

7.2.4 螺栓的布置应符合下列规定：

• 螺栓的排列有并列和错列两种
• 螺栓的最小间距应根据构件厚度确定

7.3 拼接连接

7.3.1 构件的拼接可采用焊接连接或螺栓连接。

7.3.2 拼接的承载力不应低于构件的承载力。

7.3.3 拼接的构造应便于制作和安装。

8 构造要求

8.1 一般规定

8.1.1 钢结构的构造应便于制作、运输、安装和维护。

8.1.2 焊缝的设置应避免应力集中和交叉焊缝。

8.1.3 螺栓的设置应避免截面削弱过大。

8.1.4 钢结构构件的最小厚度应根据使用环境确定。

8.1.5 钢结构的防腐和防火构造应符合本标准第11章的规定。

8.2 柱脚构造

8.2.1 柱脚可采用刚接柱脚或铰接柱脚。

8.2.2 刚接柱脚应传递轴力、剪力和弯矩。

8.2.3 铰接柱脚应传递轴力和剪力。

8.2.4 柱脚的锚固件应具有足够的承载力。

8.2.5 柱脚的底板厚度不宜小于20mm。

8.3 梁与柱连接

8.3.1 梁与柱的连接可采用栓焊混合连接、全焊接连接或全螺栓连接。

8.3.2 连接节点应具有足够的刚度和承载力。

8.3.3 抗震设计时，梁与柱连接宜采用栓焊混合连接。

8.3.4 梁与柱连接的焊缝布置应符合下列规定：

• 翼缘与腹板焊缝应错开布置
• 焊缝不宜集中于交叉区域

8.4 支撑构造

8.4.1 支撑的布置应形成完整的抗侧力体系。

8.4.2 支撑与构件的连接应具有足够的承载力。

8.4.3 支撑的长细比应符合本标准第5.2.2条的规定。

9 塑性设计

9.1 一般规定

9.1.1 塑性设计适用于不直接承受动力载荷的固端梁、连续梁以及由实腹构件组成的单层和多层框架。

9.1.2 采用塑性设计的结构或构件，应进行内力分析，并按本标准第9.2节的规定进行构件的强度和稳定计算。

9.1.3 塑性设计的构件长细比应符合下列规定：

• 受压构件的长细比不应大于130√(235/f_y)
• 受拉构件的长细比不应大于180√(235/f_y)

9.1.4 塑性设计应考虑下列因素：

• 构件的截面塑性发展
• 结构的内力重分布
• 构件的稳定要求

9.2 构件计算

9.2.1 塑性铰截面处的强度应按下式计算：

M_x/W_px≤f

9.2.2 构件的整体稳定应按下式计算：

M_x/(φ_bW_px)≤f

9.2.3 构件的局部稳定应按下式计算：

b/t≤9√(235/f_y)

9.2.4 塑性设计的截面分类应为S1或S2级。

9.3 弯矩调幅

9.3.1 连续梁和框架梁可采用弯矩调幅设计。

9.3.2 弯矩调幅系数不宜超过0.25。

9.3.3 调幅后的弯矩应满足静力平衡条件。

10 抗震设计

10.1 一般规定

10.1.1 抗震设防的钢结构应根据设防类别、烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级，并应符合相应的计算和构造要求。

10.1.2 钢结构抗震设计的承载力抗震调整系数γ_RE应按下列规定采用：

• 按弹性设计：γ_RE=1.0
• 按弹塑性设计：γ_RE=0.85

10.1.3 钢结构在地震作用下的层间位移角限值应符合表10.1.3的规定。

结构类型	层间位移角限值
多高层钢结构	1/250
单层钢结构	1/30

10.1.4 钢结构的抗震设计应考虑下列因素：

• 地震作用的大小
• 结构的动力特性
• 构件的延性要求

10.2 框架梁柱设计

10.2.1 抗震设计的框架梁端截面应符合下列要求：

• 翼缘宽厚比等级应为S1或S2
• 梁端截面应设置侧向支撑
• 梁端上下翼缘应设置隅撑

10.2.2 抗震设计的框架柱端截面应符合下列要求：

• 翼缘宽厚比等级应为S1或S2
• 柱的长细比不宜大于60√(235/f_y)
• 柱的板件宽厚比应满足相关要求

10.2.3 梁柱连接的承载力应满足下列要求：

• 梁端截面抗弯承载力不应小于柱的抗弯承载力
• 梁端截面抗剪承载力应满足设计要求

10.3 支撑设计

10.3.1 中心支撑框架的支撑构件应符合下列要求：

• 支撑的长细比不宜大于120√(235/f_y)
• 支撑的板件宽厚比应满足相关要求

10.3.2 偏心支撑框架的消能梁段应符合下列要求：

• 消能梁段的腹板厚度不应小于6mm
• 消能梁段的腹板不得焊接加劲肋

10.3.3 支撑与框架的连接应具有足够的承载力。

11 防护和防火

11.1 防腐

11.1.1 钢结构应根据环境条件采取相应的防腐措施。

11.1.2 钢结构防腐涂料的干漆膜总厚度不应小于表11.1.2规定的数值。

环境类别	干漆膜总厚度(μm)
室内弱侵蚀环境	125
室内中等侵蚀环境	150
室外弱侵蚀环境	150
室外中等侵蚀环境	200

11.1.3 钢结构防腐涂料的设计应符合下列规定：

• 涂料的选择应适应环境条件
• 涂层厚度应满足防腐要求
• 涂料应与钢材良好粘结

11.1.4 钢结构表面处理应符合下列规定：

• 表面应除锈至Sa2.5级
• 粗糙度宜为40～70μm
• 表面应干燥清洁

11.2 防火

11.2.1 钢结构的防火设计应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016的规定。

11.2.2 钢结构应根据耐火等级采取相应的防火保护措施，使钢结构在火灾中保持所需的承载力。

11.2.3 钢结构防火涂料的性能和厚度应符合现行国家标准《钢结构防火涂料》GB 14907的规定。

11.2.4 防火保护措施可采用下列方法：

• 防火涂料
• 防火板
• 防火卷材
• 混凝土外包

12 附录

附录A 常用型钢规格

A.0.1 热轧H型钢的规格应符合现行国家标准《热轧H型钢和部分T型钢》GB/T 11263的规定。

A.0.2 热轧工字钢的规格应符合现行国家标准《热轧型钢》GB/T 706的规定。

A.0.3 热轧角钢的规格应符合现行国家标准《热轧等边角钢》GB/T 706和《热轧不等边角钢》GB/T 706的规定。

A.0.4 热轧槽钢的规格应符合现行国家标准《热轧型钢》GB/T 706的规定。

附录B 焊缝强度设计值

B.0.1 焊缝的强度设计值应按表B.0.1采用。

焊缝类型	钢材牌号	厚度或直径(mm)	抗拉ftw(N/mm²)	抗剪fvw(N/mm²)	端面承压fcw(N/mm²)
对接焊缝	Q235	≤16	215	125	325
对接焊缝	Q235	>16~40	205	120	325
对接焊缝	Q235	>40~60	200	115	325
对接焊缝	Q345	≤16	310	180	400
对接焊缝	Q345	>16~35	295	170	400
对接焊缝	Q345	>35~50	265	155	400
角焊缝	Q235	全部	160	160	—
角焊缝	Q345	全部	200	200	—

附录C 螺栓强度设计值

C.0.1 普通螺栓的强度设计值应按表C.0.1采用。

螺栓性能等级	抗拉fbt(N/mm²)	抗剪fbv(N/mm²)	承压fbc(N/mm²)
4.6级、4.8级	170	140	—
5.6级	210	190	—
6.8级	240	210	—
8.8级	400	320	—

C.0.2 高强度螺栓的强度设计值应按表C.0.2采用。

螺栓类型	螺栓性能等级	预拉力P(kN)	抗滑移系数μ
大六角头高强度螺栓	10.9级	155	0.30
大六角头高强度螺栓	8.8级	100	0.35
扭剪型高强度螺栓	10.9级	155	0.30

附录D 轴心受压构件稳定系数

D.0.1 Q235钢轴心受压构件的稳定系数φ应按表D.0.1采用。

λ	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
0	1.000	0.995	0.981	0.959	0.927	0.888	0.842	0.789	0.731	0.674	0.620
100	0.620	0.570	0.525	0.484	0.448	0.416	0.387	0.361	0.338	0.317	0.298

D.0.2 Q345钢轴心受压构件的稳定系数φ应按表D.0.2采用。

λ	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
0	1.000	0.993	0.973	0.940	0.896	0.840	0.776	0.706	0.638	0.574	0.518
100	0.518	0.469	0.427	0.390	0.358	0.330	0.306	0.285	0.266	0.250	0.235

附录E 梁的整体稳定性系数

E.0.1 梁的整体稳定性系数φ_b应按下列公式计算：

当均匀弯曲的受弯构件大Lambda≤120√(235/f_y)时：

φ_b=1.07-(Lambda²)/(44000)(235/f_y)

当Lambda>120√(235/f_y)时：

φ_b=1.07-(Lambda²)/(44000)(235/f_y)

附录F 本标准用词说明

F.0.1 为了便于执行本标准条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下：

• 表示很严格，非这样做不可的用词：正面词采用"必须"；反面词采用"严禁"；
• 表示严格，在正常情况下均应这样做的用词：正面词采用"应"；反面词采用"不应"或"不得"；
• 表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的用词：正面词采用"宜"；反面词采用"不宜"；
• 表示有选择，在一定条件下可以这样做的用词：采用"可"。

附录G 引用标准名录

《建筑结构荷载规范》GB 50009 《建筑抗震设计规范》GB 50011 《混凝土结构设计规范》GB 50010 《砌体结构设计规范》GB 50003 《木结构设计标准》GB 50005 《钢结构工程施工质量验收标准》GB 50205 《钢结构工程施工规范》GB 50206 《热轧H型钢和部分T型钢》GB/T 11263 《热轧型钢》GB/T 706 《紧固件机械性能》GB/T 3098 《钢结构防火涂料》GB 14907 《建筑设计防火规范》GB 50016 《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》GB/T 11345 《熔化焊用钢丝》GB/T 14957 《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》GB/T 8110 《碳钢药芯焊丝》GB/T 10045 《钢结构高强度螺栓连接技术规程》JGJ 82